Các nhà khoa học lần đầu tiên có được hình ảnh cấu trúc RNA của trái tim

Các nhà khoa học tại Los Alamos và các cộng sự quốc tế đã tạo ra những hình ảnh 3D đầu tiên của một loại phân tử RNA đặc biệt, rất quan trọng đối với quá trình lập trình tế bào gốc và được coi là “dark matter-vật chất tối” của bộ gen.

Tác giả liên hệ chính của bài báo là Karissa Sanbonmatsu là một nhà sinh học cấu trúc tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos nói: “ Theo những gì chúng tôi biết, đây là cấu trúc 3D đầy đủ đầu tiên của RNA không mã hóa, có chiều dài bất kỳ (any-long non-coding RNA – lncRNA) được nghiên cứu mà trước đây chỉ biết có một phần của cấu trúc của nó.” Cô cho rằng: “Việc hiểu rõ hơn về các RNA này có thể dẫn đến các chiến lược mới trong y học tái tạo cho những người bị mắc bệnh tim do bệnh tim mạch hoặc lão hóa.”

Braveheart

Trushar Patel – một giáo sư người Canada trong nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) để khám phá lớp vỏ 3D của phân tử RNA trong dung dịch. Tiếp theo, với sự trợ giúp của học máy và tính toán hiệu suất cao, họ đã tạo ra các mô hình nguyên tử vừa khít bên trong các vỏ bọc – điều này bao gồm việc tạo ra một mô hình nguyên tử cũng là mô hình dài nhất của một RNA (636 nucleotide) đã từng được cô lập cho đến nay, Nam Kim, tác giả chính của bài báo trên Tập san Nature Communications cho biết.

Sanbonmatsu nói rằng: “Công trình của chúng tôi là bước đầu tiên trong việc chứng minh rằng những RNA khó thấy này có cấu trúc 3D và những cấu trúc phân tử này có thể giúp xác định rất tốt cách chúng hoạt động”. Cô cho biết: “RNA được nghiên cứu ở đây có tên là“ Braveheart ”- nó kích hoạt quá trình biến đổi tế bào gốc thành tế bào tim.

Vén màn bí mật của RNA

Trước khi bộ gen người được giải trình tự vào năm 2000, người ta cho rằng nó chủ yếu chứa các chỉ dẫn cho protein và được biết đến là các phân tử “workhorse-chủ lực” của tế bào người. Các nhà khoa học đã bị sốc khi phát hiện ra rằng có ít hơn 10% các protein được mã hóa bởi bộ gen. Kể từ đó, 90% còn lại được coi là “junk DNA” hay “dark matter-vật chất tối”. Ví dụ, RNA thông tin – anh em họ phân tử của DNA. Ban đầu, các nhà khoa học cho rằng mục đích chính của RNA chỉ đơn giản là phối hợp làm chất truyền tin cho DNA trong quá trình tổng hợp protein. Tuy nhiên, gần đây người ta đã chỉ ra rằng hơn 90% bộ gen mã hóa một loại RNA mới và bí ẩn, được gọi là phân tử RNA không mã hóa dài (long non-coding RNA – lncRNA).

Các phân tử RNA này giúp kiểm soát việc bật và tắt các gen; khi trục trặc chúng sẽ gây ra dị tật bẩm sinh, tự kỷ và thậm chí ung thư trong một số trường hợp. Chúng cũng là chìa khóa để lập trình lại các tế bào gốc trưởng thành. Mặc dù các phân tử này tạo nên 90% bộ gen, nhưng các nhà khoa học hầu như không biết chúng hoạt động như thế nào, hay thậm chí là chúng trông như thế nào. Trong nghiên cứu này, một trong những RNA lớn nhất có cấu trúc 3D đã được nghiên cứu, các hình ảnh 3D mới tạo tiền đề cho các nghiên cứu trong tương lai sẽ làm sáng tỏ hơn về cách chúng kiểm soát gen.

Nguồn: https://www.lanl.gov/discover/news-release-archive/2020/January/0109-heart-rna-structure.php

Đọc thêm:

1. Phiên mã RNA quan tâm trong ống nghiệm; làm lạnh nhanh để có thể tạo ra RNA có độ cuộn gấp ổn định
2. Phân lập, đồng nhất các RNA đơn phân tử bằng cách sử dụng sắc ký loại trừ kích thước (size-exclusion chromatography – SEC), sau đó chụp ảnh bằng SAXS
3. Kết hợp dữ liệu SAXS vào một mô hình có độ phân giải thấp; mô hình được tạo này sẽ là đại diện cho hình dạng của RNA
4. Sử dụng phần mềm ERNWIN để dự đoán cấu trúc nguyên tử, sau đó sử dụng dữ liệu SAXS và các phần tử cấu trúc thứ cấp đã biết làm điều kiện ràng buộc.

Bài báo: “Zinc-finger protein CNBP alters the 3-D structure of lncRNA Braveheart in solution” Authors: Karissa Y. Sanbonmatsu, Doo Nam Kim and Scott P. Hennelly of Los Alamos National Laboratory and New Mexico Consortium; Bernhard C. Thiel and Ivo L. Hofacker of University of Vienna, Austria; Tyler Mrozowich and Trushar R. Patel of University of Lethbridge, Canada. Nature Communications, DOI 10.1038/s41467-019-13942-4

Nguyễn Tiến Dũng tổng hợp và dịch

Tìm hiểu thêm thiết bị tán xạ tia X được dùng trong ứng dụng trên tại đây!

Đọc thêm các bài viết liên quan đến chủ đề này: